یک تیم بین‌المللی از دانشمندان، از جمله دو محقق که اکنون در مرکز فناوری حسگر پیشرفته (CAST) در دانشگاه مریلند بالتیمور کار می‌کنند، نشان داده‌اند که نانولوله‌های کربنی پیچ خورده می‌توانند سه برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یونی انرژی در واحد جرم ذخیره کنند.
نانولوله‌ها برای ذخیره انرژی از باتری‌های لیتیوم یون بهتر هستند
این یافته‌ها ممکن است نانولوله‌های کربنی را به عنوان راه‌حلی امیدوارکننده برای ذخیره انرژی در دستگاه‌هایی که باید سبک، فشرده و ایمن باشند، مانند ایمپلنت‌های پزشکی و حسگرها، معرفی کند. نتایج این تحقیق اخیرا در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.
سانجیو کومار اوجاین محقق اصلی این کار بود. او این پروژه را زمانی که در دانشگاه شینشو در ناگانو ژاپن بود آغاز کرد و پس از ورود به دانشگاه مریلند در سال ۲۰۲۲ ادامه داد.
در این پروژه محققان نانولوله‌های کربنی تک‌جداره را مورد مطالعه قرار دادند. نانولوله‌های کربنی سبک وزن بوده، تولید نسبتاً آسانی داشته و حدود ۱۰۰ برابر قوی‌تر از فولاد هستند. خواص شگفت‌انگیز آن‌ها دانشمندان را بر آن داشته تا کاربردهای بالقوه آن‌ها را در طیف گسترده‌ای از فناوری‌های آینده از جمله آسانسورهای فضایی بررسی کنند.
برای بررسی پتانسیل نانولوله‌های کربنی برای ذخیره‌سازی انرژی، محققان دانشگاه مریلند طناب‌هایی از جنس نانولوله‌های کربنی را تولید کردند. پس از کشیدن و ریسیدن لوله‌ها به شکل یک رشته نخ، محققان روی سطح این رشته نخ‌های نانولوله‌ای را با مواد مختلفی پوشش دادند تا با این کار استحکام و انعطاف‌پذیری رشته‌ها افزایش یابد.
این تیم با چرخاندن نخ‌ها و اندازه‌گیری انرژی آزاد شده در هنگام باز شدن آن‌ها، آزمایش کردند که این رشته‌ها چقدر انرژی می توانند ذخیره کنند. آن‌ها دریافتند که این رشته‌ها بهترین عملکرد را دارند و می‌توانند ۱۵۰۰۰ برابر بیشتر از فنرهای فولادی در هر واحد جرم و حدود سه برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یون انرژی ذخیره کنند.
انرژی ذخیره شده در دماهای بین ۷۶- تا ۲۱۲+ درجه فارنهایت (۶۰- تا ۱۰۰+ درجه سانتی گراد) ثابت و قابل دسترسی است. مواد موجود در نخ‌های نانولوله کربنی برای بدن انسان ایمن‌تر از موادی هستند که در باتری‌ها استفاده می‌شوند.
کومار اوجاین می‌گوید: «انسان مدت‌ها انرژی را در فنرهای سیم پیچ مکانیکی ذخیره کرده‌اند تا دستگاه‌هایی مانند ساعت‌ها و اسباب‌بازی‌ها را تأمین کنند. این تحقیق نشان می‌دهد که نانولوله‌های کربنی پیچ خورده پتانسیل بالایی برای ذخیره‌سازی انرژی مکانیکی دارند و ما هیجان‌زده هستیم که این خبر را با جهان به اشتراک بگذاریم.»
